8 september 2017
Hier presenteren we een protocol voor de synthese van33NH CH I en CH3NH3Br precursoren en de daaropvolgende vorming van pinhole-vrije, continue CH3NH3PbI3-xBrx dunne lagen voor de toepassing in hoge efficiëntie zonnecellen en andere opto-elektronische apparaten.
Het algemene doel van dit proces is om homogene, pinhole-vrije en hoogwaardige methylammoniumloodhalidperovskietfilms te synthetiseren over de volledige halidesamenstellingsruimte voor toepassing in opto-elektronica zoals zonnecellen, lasers en LED's. Dit syntheseprotocol is ontworpen zodat het kan worden aangepast aan verschillende laboratoria en biedt een syntheseroute om sneller en reproduceerbare loodhalidperovskieten te maken over de volledige halidesamenstellingsruimte. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is het gebruik van een lage verwerkingstemperatuur en standaardapparatuur die beschikbaar is in de meeste laboratoria, zoals afzuigingskasten en schlenklijnen.
Aya Buckley en Phuong Ngo, studenten van UC Berkeley, zullen de procedure demonstreren. Om deze procedure te starten, voegt u 100 milliliter ethanol toe aan een 250 milliliter ronde bodemkolf voorzien van een roerbaar. Voeg 16,5 milliliter 40% methylamine in water toe.
Gebruik een ijsbad om de kolf af te koelen tot nul graden Celsius. Voeg 10 milliliter 76 millimolair jodiumwaterstofzuur druppelsgewijs toe, terwijl u roert. Vervolgens, sluit de kolf af met een septum.
Roer de reactie gedurende twee uur bij nul graden Celsius. Vervolgens, verwijder de kolf uit het ijsbad met behulp van een roterende verdamper uitgerust met een waterbad, verdampen het oplosmiddel in ongereageerde vluchtige componenten bij 50 Torr en 60 graden Celsius gedurende vier uur of totdat de vluchtige stoffen zijn verwijderd. Zodra het oplosmiddel is verdampt, voegt u 100 milliliter warme ethanol toe aan de kolf om het resterende materiaal op te lossen.
Voeg langzaam 200 milliliter di-ethylether toe om de kristallisatie van een witte vaste stof te induceren. Filter vervolgens het mengsel over een 50 millimeter glazen fritfilter. Herstel het supernatant en voeg 200 milliliter di-ethylether toe om aanvullende kristallisatie te induceren.
Vacuum filter het mengsel opnieuw over de 50 millimeter glazen fritfilter. Was tijdens het vacuum filteren de vaste stof drie keer met di-ethylether. Droog de gewassen vaste stof onder vacuüm.
Bij het reinigen van het apparaat is ook de kwaliteit van het uitgangsmateriaal belangrijk. Daarom is zorgvuldige herkristallisatie van het materiaalvolume voorloper bijzonder belangrijk. Bewaar de gedroogde vaste stof in de droogkast in het donker op kamertemperatuur om decompositie te minimaliseren.
Om te beginnen, verwarm een siliconenoliebadje voor dat is uitgerust met een magnetische roerbaar tot 120 graden Celsius. Gebruik vervolgens een weegpapiercilinder om 0,1 gram methylammoniumhalide over te brengen naar een 50 milliliter schlenkbuis. Om de methylammoniumhalide voor te conditioneren, bevestig de buis aan een schlenklijn uitgerust met de roterende pomp en vacuüm de buis.
Stel de druk in op 0,185 Torr. Dompel vervolgens de buis gedurende twee uur in het siliconenbad terwijl u het bad roert bij 600 tpm. Verwijder vervolgens de schlenkbuis uit het oliebad.
Laat de buis onder een overdruk van stromend stikstofgas staan om vochtinname te voorkomen. Maak vervolgens de voorloperoplossingen door 0,146 gram loodbromide op te lossen in één milliliter DMF, en vervolgens 0,369 gram loodjodide en 0,073 gram loodbromide in één milliliter DMF. Soniceer deze gedurende ongeveer vijf minuten bij 35 kilohertz om de voorloper volledig op te lossen.
Filter de voorloperoplossing met behulp van een 0,2 micron PTFE-filter. Verwarm de gefilterde oplossing gedurende vijf minuten tot 110 graden Celsius. Gebruik een micropipet om 80 microliter verwarmde loodhalidvoorloperoplossing op het substraat af te zetten.
Spin vervolgens het substraat gedurende vijf seconden bij 500 tpm met een versnellingssnelheid van 500 rpm/s en bij 1500 tpm, gedurende drie minuten met een versnellingssnelheid van 1500 rpm.s. Breng vervolgens het substraat over naar een hotplate in een afzuigkast. Droog de voorloperfilm gedurende 15 minuten bij 110 graden Celsius onder stromend stikstofgas.
Laad het gedroogde substraat in de voorbereide schlenkbuis met de loodhalidoppervlakte weg van de methylammoniumhalide in de buis. Stel de druk in de schlenkbuis in op 0,185 Torr. Dompel vervolgens de buis gedurende twee uur in het siliconenoliebadje dat is verwarmd tot 120 graden Celsius.
Verwijder vervolgens de buis uit het oliebad. Verwijder het monster uit de schlenkbuis en dompel het snel in een beker met isopropylalcohol. Gebruik een N2-pistool om het gespoelde monster onmiddellijk te drogen.
In deze studie worden pinhole-vrije methylammoniumloodhaliddunne films gesynthetiseerd door LP vasp en vervolgens gekenmerkt. NMR-analyse van de voorlopers toont methylgroepsverschuivingen bij delta 2,35 pbm en delta 2,37 pbm. Een ammoniumverschuiving gecentreerd op delta 7,65 pbm en delta 7,45 pbm, voor methylammoniumbromide en methylammoniumjodide respectievelijk, bevestigt hun identiteit en zuiverheid.
Scanning elektronenmicroscopie wordt vervolgens gebruikt om gemengde platte halidefilms te analyseren en knielt in 100%50%en 30%methylammoniumjodide. Elk van de gefacetteerd films wordt gezien om pinhole-vrij te zijn met korrelgrootte tot 700 nanometer. Terwijl de standaarddikte van de perovskietfilms ongeveer 400 nanometer is, kan de dikte worden gewijzigd door de rotatiesnelheid van de spincoating te variëren, waarbij hogere snelheden dunnere films opleveren en vice versa.
X-straaldiffractiepatronen worden vervolgens verzameld om de fasezuiverheid en conversie van de voorlopers naar methylammoniumloodhalidperovskietfilms te bevestigen. Resterende of niet geconverteerde loodjodide fase wordt gezien om een piek te vertonen bij ongeveer 12,7 graden. De methylammoniumloodhalidfilms vertonen films om een verschuiving naar hogere hoeken te vertonen als gevolg van een geleidelijke vervanging van de
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Dit artikel presenteert een protocol voor de synthese van hoogwaardige, pinhole-vrije methylammoniumloodhalide-perovskietfilms voor opto-elektronische toepassingen. De methode is aanpasbaar aan verschillende laboratoriumomgevingen en legt de nadruk op lage procestemperaturen.
Het laagdruk damp-ondersteunde oplossingsproces (LP-VASP) maakt een reproduceerbare synthese van perovskietfilms met een instelbare bandkloof mogelijk zonder dat hiervoor een handschoenenkast vereist is, wat de schaalbare ontdekking van opto-elektronische materialen ondersteunt. Door het verkrijgen van gaatjesvrije films over de volledige halide-compositieruimte, vermindert deze methode de variabiliteit bij het vroegtijdige prototypen van fotovoltaïsche apparaten en LED's. Dit positioneert LP-VASP als een mechanistisch instrument voor risicoreductie bij de validatie van loodhalide-perovskietdoelen in ontdekkingspijplijnen.
LP-VASP past binnen het continuüm van ontdekking tot preklinische fase door screening van de halide-samenstelling mogelijk te maken voorafgaand aan de integratie in apparaten en stabiliteitstesten.